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WO2008104139A1 - Schutzgerät - Google Patents

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Publication number
WO2008104139A1
WO2008104139A1 PCT/DE2007/000409 DE2007000409W WO2008104139A1 WO 2008104139 A1 WO2008104139 A1 WO 2008104139A1 DE 2007000409 W DE2007000409 W DE 2007000409W WO 2008104139 A1 WO2008104139 A1 WO 2008104139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protection
function
protective device
modules
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2007/000409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Peters
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/DE2007/000409 priority Critical patent/WO2008104139A1/de
Priority to DE112007003481T priority patent/DE112007003481A5/de
Publication of WO2008104139A1 publication Critical patent/WO2008104139A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters

Definitions

  • the invention relates to a protective device with the features according to the preamble of claim 1.
  • Such a protective device is marketed by Siemens AG under the product name 7UT633.
  • the previously known protective device serves to protect an electrical system, in particular for the protection of an electrical energy supply system.
  • the protective device has a plurality of measuring inputs and a plurality of functional modules, which can be connected to the measuring inputs by a user-side setting of the protective device in such a way that the function modules execute user-defined protective functions and corresponding control signals for switching on or off assigned switch the electrical system can spend.
  • the invention has for its object to provide a protective device that can be operated even easier and faster than previous protection devices and in which the likelihood of user-side input errors is lower than in previous protection devices.
  • the protective device provides functional groups to which one or more functional modules can be assigned as part of the device setting, wherein the functional modules and the functional groups are designed such that an association between the functional modules and the measuring inputs takes place indirectly, and although by assigning the function mo- dule to a function group and assigning the function group to the respective measuring inputs.
  • a significant advantage of the protection device is the fact that by assigning the function modules to function groups for all function modules that are part of the same functional group, the connection to the associated measurement inputs only once must be entered by namely for the associated function group of Function modules the corresponding measuring inputs are defined. If a function group contains, for example, three function modules to which the same measuring inputs are to be assigned, the input effort is only 33% compared to the input effort that would be necessary if - as with previously known protection devices - the measuring inputs are entered or specified separately for each function module have to.
  • a further advantage of the protective device according to the invention is that the merging of different functional modules into a functional group reduces the probability of errors in the configuration or setting of the protective device, because simply fewer user-side inputs are required than hitherto. It is always automatically ensured that all functional modules of a functional group are connected to the same measuring inputs, or the same measuring input system or the same measured value preprocessing unit.
  • a third significant advantage of the protective device according to the invention is that the user is forced by the invention enforced summary of functional modules to functional groups to make clear before programming or setting the protection device, as the specific protection tasks are to be solved. So a structured device setting is enforced.
  • a fourth significant advantage of the protective device according to the invention is that function groups that have been formed by the user by assigning functional modules, can be used multiple times in a simple manner by resorting to the functional group definition and this is duplicated.
  • Function modules which can be assigned to the described functional groups can be designed, for example, according to or in accordance with the IEEE C37.2 standard;
  • the following functional modules may be mentioned by way of example:
  • the measuring inputs are formed by inputs from preprocessing units, and the input voltage and / or current measuring quantities are preprocessed into current and / or voltage measured values and output the current and / or voltage measured values are output to the assigned function groups.
  • the preprocessing units preferably have at least four different designs, namely a design for current connection to a three-phase system, a design for voltage connection to a three-phase system, a design with a current input for single-phase input of a current measurement variable, and a design with a voltage input for single-phase Input of a voltage measurement.
  • the protection device has a data processing system, the software modules in the form of software-related function modules and the functional groups tion groups software in the form of software-related
  • the data processing system is designed such that an assignment of the function modules to a functional group and an assignment of the function groups to the respective measurement inputs to a user-side default is done by software.
  • FIG. 1 shows the hardware structure of an embodiment of a protective device according to the invention
  • FIG. 2 shows the software configuration of the protective device according to FIG. 1 for use in a first exemplary electrical system to be protected
  • FIG. 3 shows the software configuration of the protective device according to FIG. 1 for use in a second exemplary electrical system to be protected
  • Figure 4 shows the software configuration of the protective device according to Figure 1 for use in a third, shown as an example to be protected electrical system and
  • Figure 5 shows the software configuration of the protective device according to Figure 1 for use in a fourth electrical system.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a protective device 10 for protecting an electrical power supply system (not shown in FIG. 1).
  • the protective device 10 has a data processing system 20, which provides function modules and functional groups by software. How the functional modules and the functional groups may look is explained in greater detail below in connection with FIGS. 2 to 4.
  • the protective device 10 also has a preprocessing device 30, which provides the input side measuring inputs M for electrical connection to the electrical system.
  • the preprocessing device 30 is equipped, for example, with a plurality of preprocessing units 40a-40d, which preprocess the voltage and / or current measuring quantities U and I present in current and / or voltage measured values Mu and Mi and forward them to the data processing system 20.
  • the preprocessed current and / or voltage measured values Mu and Mi may, for example, be samples or pointer measurements derived therefrom and the like.
  • FIG. 1 shows, by way of example, four preprocessing units which have different designs:
  • the pre-processing unit 40a belongs to a first type with current inputs, which enable a three-phase input of current measurement variables I. How this pre-processing unit 40a is connected from the outside, ie three-phase or only one or two-phase or in addition to the ground current formed in the secondary circuit, is left to the user of the protection device 10.
  • the pre-processing unit 40b belongs to a second type with voltage inputs, which enable a three-phase input of voltage measurement quantities U.
  • the preprocessing unit 40c is equipped with a single current input for single-phase input of a current measuring variable and the preprocessing unit 40d with a single voltage input for single-phase input of a voltage measured variable.
  • the protection device 10 provides function modules and functional groups software-related, which can be selected and configured by the user. This will be shown below by way of example with reference to various configurations for various electrical equipment. In order to illustrate the use and function of the functional modules and functional groups, only the functional modules and the functional groups and the respective electrical system are shown in Figures 2 to 4; the data processing system 20 providing the functional modules and the functional groups as well as the preprocessing device 30 with the preprocessing units 40a-40d are not shown again for the sake of clarity, since they belong to the "hardware level" of the protective device 10 and not Function modules and the function groups - to the "software level".
  • FIG. 2 shows an electrical power supply 100 with a switch 110, a current transformer 120 and a voltage converter 130.
  • the voltage and current measured quantities arrive in the form of current and voltage measured values Mu and Mi to form a protection-specific functional group FGM, for example three protection-specific function modules FMl, FM2 and FM3 are assigned.
  • protection-specific functional modules are understood to be functional modules which evaluate voltage and / or current measuring variables or the measured values derived therefrom on the protective device and generate signals, for example switch-off signals, if faults are detected.
  • the protection-specific functional module FM1 may, for example, be an "overcurrent contactor" in accordance with number 51 of the IEEE C37.2 standard
  • the protection-specific functional module FM2 may, for example, provide "overvoltage protection” and the protection-specific functional module FM3 a "power direction protection”.
  • the protection-specific functional group FGM Since the protection-specific functional group FGM has been assigned the measuring inputs of the protective device 10 with the current and voltage measurement values Mu and Mi, the protection-specific functional modules FM1, FM2 and FM3 are automatically also supplied with these current and voltage measured values Mu and Mi, as far as they are concerned need for their operation; Thus, it is only necessary for the user to assign the function modules FM1, FM2 and FM3 to the function group FGM, an assignment to the current and voltage measured values Mu and Mi or the associated measuring inputs M of the protective device 10 (see FIG the assignment to the current and voltage measured values Mu and Mi or the associated Measuring inputs of the protection device via the function group FGM takes place.
  • FIG. 2 also shows a switch-specific function group FGS, which, for example, has two switch-specific function modules FS1 and FS2 assigned to it.
  • switch-specific functional modules are understood in this context which, in the presence of error signals, in particular switch-off signals, upstream protection-specific function modules switch off the switches associated with the respective switch-specific function module according to the manner defined in the function module and, if necessary, switch them on again at a later time.
  • the switch-specific function modules are therefore in direct contact with the switches of the electrical system; the protection-specific function modules communicate with the switches only indirectly via the switch-specific function modules.
  • the switch-specific functional module FS1 can be, for example, a "restart protection" according to or based on IEEE C37.2 (function module number 79) .
  • This function module has the task of switching off a line section again after a predetermined period of time To check whether the fault that caused the shutdown, has now been eliminated.
  • the switch-specific functional module FS2 can be, for example, the function module "breaker failure protection" according to or based on the function module number 50 of IEEE C37.2 Such a function module has the task of checking after a shutdown command to the switch 110 whether the switch 110 is actually opened and the power has actually been turned off, this may be the function module FS2 for example, by evaluating the measured current values Mi notice.
  • the protection-specific functional group FGM is connected on the input side only to the measuring inputs M of the protective device 10, but not to outputs of other protection-specific functional groups.
  • switch-specific functional group FGS is connected on the input side only to the measuring inputs of the protective device 10 or the output A of the protection-specific functional group FGM and not to outputs of other switch-specific functional groups.
  • protection-specific functional group FGM could also be connected on the input side to an output of the switch-specific functional group FGS, this is not necessary for the system topology of the electrical energy supply system according to FIG.
  • the task of the protection-specific function group FGM or the protection-specific function modules FM1, FM2 and FM3 contained therein is to match the input side
  • the task of the switch-specific function group FGS or the switch-specific function modules FsI and FS2 contained therein is to open the switch 110 via the control output Trip with the control signal ST2 in the case of a shutdown command by the control signal ST of the upstream protection-specific function group FGM.
  • the switch-specific function group FGS or the therein switch-specific function modules FSl and FS2 task to check whether a switch-off was actually implemented (function module FS2: "breaker failure protection”), as well as the task to turn on the switch 110 after a predefined period of time (function module FSl: "restart protection").
  • FIG. 3 shows another electrical energy supply system 200 with a switch 210, a current transformer 220, a further switch 230 and a further current transformer 240.
  • the current measured variables arrive in the form of current measured values MiI and Mi2 to form a protection-specific functional group FGM, which is, for example, the protection-specific
  • the protection-specific function group FGM is also assigned those measuring inputs of the protection device which supply the current measured values MiI and Mi2.
  • FIG. 3 also shows two switch-specific functional groups FGS1 and FGS2, to which, for example, in each case the switch-specific functional module FS2 "breaker failure protection" is assigned.
  • the protection-specific functional group FGM communicates on the input side only with the measuring inputs of the protective device, but not with the outputs of other protection-specific functional groups.
  • switch-specific functional groups FGS1 and FGS2 are connected on the input side only to the measuring inputs of the protective device and the output A of the protection-specific functional group FGM and, for example, not to outputs of other switch-specific functional groups.
  • the task of the protection-specific function group FGM or the protection-specific function module FS4 contained therein For example, it consists in evaluating the current measured values MiI and Mi2 present on the input side and generating a control signal ST for switching off the two switches 210 and 230 if tripping criteria defined in the function module FS4 are fulfilled.
  • the control signal ST is generated when the difference between the current measured values MiI and Mi2 exceeds a predetermined threshold.
  • Function modules FS2 consists in the case of an input-side shutdown command by the control signal ST to open the respectively associated switch 210 or 230.
  • the switch-specific function groups FGS1 and FGS2 have the task of checking whether a switch-off command has actually been implemented ("breaker failure protection").
  • FIG. 4 shows a further electrical energy supply system 300 with a switch 310 and two current transformers 320 and 330.
  • the current measuring variables are in the form of
  • FIG. 4 also shows a switch-specific functional group FGS, which, for example, is assigned the switch-specific function module FS2 "breaker failure protection".
  • the protection-specific functional groups FGM1 and FGM2 are connected on the input side only to the measuring inputs of the protective device, but not to outputs of other protection-specific functional groups. It can also be seen in FIG. 4 that the switch-specific functional group FGS on the input side only with the output A of the protection-specific function groups FGMl and FGM2 is in connection and, for example, not with outputs of other switch-specific function groups.
  • the task of the two protection-specific functional groups FMG1 and FMG2 or the task of the two protection-specific functional modules FM1 can be, for example, evaluating the current measured values MiI and Mi2 present on the input side and generating the control signal ST for switching off the switch 310 if in the functional module FM1 defined triggering criteria are met.
  • the control signal ST is generated when the current measured values MiI and Mi2 exceed a predetermined threshold.
  • the task of the switch-specific function group FSG or of the switch-specific function module FS2 contained therein is to open the associated switch 310 with the control signal ST2 in the case of a switch-off command by the control signal ST.
  • the switch-specific function group FSG has the task of checking whether a switch-off command has actually been implemented ("breaker failure protection").
  • FIG. 5 shows an example of an embodiment
  • Protective device 10 in which two protection-specific functional groups FGM1 and FGM2 are selected.
  • the one protection-specific functional group FGM1 relates, for example, to the primary winding side of a transformer (not further shown), and the other protection-specific functional group FGM2 relates, for example, to the secondary winding side of the transformer.
  • the two protection-specific function groups FGMl and FGM2 are each equipped with the protection-specific function modules "Overcurrent protection” FS4 and "Thermal overload protection” FS5.
  • the two protection-specific function groups FGM1 and FGM2 are connected via the connections "Trip" with two switch-specific functional groups FGS1 and FGS2 and via the terminations "Winding" with a further processing function group FGV.
  • the two switch-specific functional groups FGS1 and FGS2 are assigned the switch-specific function module "breaker failure protection" FS2, for example.
  • the further processing function group FGV is equipped with the further-processing or protection-specific functional module FV1, which may be, for example, a differential protection module especially for transformers.
  • FV1 the further-processing or protection-specific functional module especially for transformers.
  • the further processing function group FGV is connected to the two switch-specific function groups FGS1 and FGS2.
  • the task of the further-processing-specific function module FV1 is to evaluate measured values, such as pointer measurement values and additional information supplied by the upstream protection-specific function groups FGM1 and FGM2, and to trigger the switch-specific function groups FGS1 and FGS2 in the event of an error.
  • the additional information may be parameters which are input or input by the user, for example a switch group code, the rated voltage and / or a rated apparent power of the transformer.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schutzgerät (10) zum Schutz einer elektrotechnischen Anlage, insbesondere zum Schutz einer elektrischen Energieversorgungsanlage, wobei das Schutzgerät eine Mehrzahl an Messeingängen (M) und eine Mehrzahl an Funktionsmodulen aufweist, die sich durch eine benutzerseitige Einstellung des Schutzgerätes mit den Messeingängen derart verbinden lassen, dass die Funktionsmodule benutzerseitig definierte Schutz funkt ionen ausführen und entsprechende Steuersignale zum Ein- oder Ausschalten zugeordneter Schalter der elektrotechnischen Anlage ausgeben können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schutzgerät Funktionsgruppen zur Verfügung stellt, denen im Rahmen der Geräteeinstellung jeweils ein oder mehrere Funktionsmodule zugeordnet werden können, wobei die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen derart ausgestaltet sind, dass eine Zuordnung zwischen den Funktionsmodulen und den Messeingängen mittelbar erfolgt, und zwar durch ein Zuordnen der Funktionsmodule zu einer Funktionsgruppe und ein Zuordnen der Funktionsgruppe zu den jeweiligen Messeingängen.

Description

Beschreibung
Schutzgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schutzgerät mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Schutzgerät wird von der Siemens AG unter dem Produktnamen 7UT633 vertrieben. Das vorbekannte Schutzgerät dient zum Schutz einer elektrotechnischen Anlage, insbesondere zum Schutz einer elektrischen Energieversorgungsanlage. Das Schutzgerät weist eine Mehrzahl an Messeingängen und eine Mehrzahl an Funktionsmodulen auf, die sich durch eine benut- zerseitige Einstellung des Schutzgerätes mit den Messeingän- gen derart verbinden lassen, dass die Funktionsmodule benut- zerseitig definierte Schutzfunktionen ausführen und entsprechende Steuersignale zum Ein- oder Ausschalten zugeordneter Schalter der elektrotechnischen Anlage ausgeben können.
Ausgehend von einem Schutzgerät der beschriebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schutzgerät anzugeben, das sich noch einfacher und schneller als bisherige Schutzgeräte bedienen lässt und bei dem die Wahrscheinlichkeit von benutzerseitigen Eingabefehlern geringer ist als bei bisherigen Schutzgeräten.
Diese Aufgabe wird erfindungemäß durch ein Schutzgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angege- ben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schutzgerät Funktionsgruppen zur Verfügung stellt, denen im Rahmen der Geräteeinstellung jeweils ein oder mehrere Funktionsmodule zugeordnet werden können, wobei die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen derart ausgestaltet sind, dass eine Zuordnung zwischen den Funktionsmodulen und den Messeingängen mittelbar erfolgt, und zwar durch ein Zuordnen der Funktionsmo- dule zu einer Funktionsgruppe und ein Zuordnen der Funktions- gruppe zu den jeweiligen Messeingängen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schutzgeräts ist darin zu sehen, dass durch das Zuordnen der Funktionsmodule zu Funktionsgruppen für alle Funktionsmodule, die Bestandteil derselben Funktionsgruppe sind, die Verbindung zu den zugehörigen Messeingängen nur ein einziges Mal eingegeben werden muss, indem nämlich für die zugehörige Funktionsgruppe der Funktionsmodule die entsprechenden Messeingänge definiert werden. Enthält eine Funktionsgruppe beispielsweise drei Funktionsmodule, denen dieselben Messeingänge zuzuordnen sind, so beträgt der Eingabeaufwand lediglich 33 % verglichen mit dem Eingabeaufwand, der nötig wäre, wenn - wie bei vorbe- kannten Schutzgeräten - für jedes Funktionsmodul separat die Messeingänge ein- bzw. vorgegeben werden müssen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schutzgeräts besteht darin, dass durch das Zusammenführen verschiedener Funktionsmodule zu einer Funktionsgruppe die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Konfiguration bzw. Einstellung des Schutzgerätes gesenkt wird, weil schlicht weniger benutzer- seitige Eingaben als bisher erforderlich sind. Es wird dabei automatisch stets sichergestellt, dass alle Funktionsmodule einer Funktionsgruppe mit denselben Messeingängen, bzw. demselben Messeingangssystem bzw. derselben Messwertvorverarbei- tungseinheit , verbunden sind.
Ein dritter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schutzgeräts besteht darin, dass durch die erfindungsgemäß erzwungene Zusammenfassung von Funktionsmodulen zu Funktionsgruppen der Benutzer angehalten wird, sich bereits vor der Programmierung bzw. Einstellung des Schutzgerätes klarzumachen, wie die konkret vorliegenden Schutzaufgaben gelöst wer- den sollen. Es wird also eine strukturierte Geräteeinstellung erzwungen. Ein vierter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schutzgeräts besteht darin, dass Funktionsgruppen, die benutzerseitig durch Zuordnen von Funktionsmodulen gebildet worden sind, in einfacher Weise mehrfach verwendet werden können, indem auf die Funktionsgruppendefinition zurückgegriffen und diese dupliziert wird.
Funktionsmodule, die zu den beschriebenen Funktionsgruppen zugeordnet werden können, können beispielsweise nach oder in Anlehnung an die Norm IEEE C37.2 ausgebildet sein; beispielhaft erwähnt seien hier folgende Funktionsmodule:
a) Schutzspezifische Funktionsmodule:
- Funktionsmodul „Überstromzeitschutz" gemäß oder in Anleh- nung an die Funktionsmodulnummer 51 der IEEE-Norm,
- Funktionsmodul „Überspannungsschütz",
- Funktionsmodul „Leistungsrichtungsschutz",
- Funktionsmodul „thermischer Überlastschutz" und
- Funktionsmodul „Schieflastschutz" .
b) Schalterspezifische Funktionsmodule:
- Funktionsmodul „Schalterversagerschutz" gemäß oder in Anlehnung an die Funktionsmodulnummer 50BF der IEEE-Norm,
- Funktionsmodul „Wiedereinschaltungsschutz" gemäß oder in Anlehnung an die Funktionsmodulnummer 19 der IEEE-Norm,
- Funktionsmodul „Synchronisierfunktion" gemäß oder in Anlehnung an die Funktionsmodulnummer 25 der IEEE-Norm,
Die vorstehende beispielhafte Aufzählung soll selbstverständ- lieh nicht abschließend gemeint sein und soll nur dem besseren Verständnis dienen.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung des Schutzgerätes ist vorgesehen, dass die Messeingänge durch Eingänge von Vor- Verarbeitungseinheiten gebildet sind, die eingangsseitig anliegende Spannungs- und/oder Strommessgrößen in Strom- und/oder Spannungsmesswerte vorverarbeiten und ausgangsseitig die Strom- und/oder Spannungsmesswerte an die zugeordneten Funktionsgruppen abgegeben.
Die Vorverarbeitungseinheiten weisen bevorzugt zumindest vier verschiedene Bauarten auf, nämlich eine Bauart zum strommäßigen Anschluss an ein Dreiphasensystem, eine Bauart zum spannungsmäßigen Anschluss an ein Dreiphasensystem, eine Bauart mit einem Stromeingang zur .einphasigen Eingabe einer Strommessgröße und eine Bauart mit einem Spannungseingang zur ein- phasigen Eingabe einer Spannungsmessgröße.
Besonders bevorzugt weist das Schutzgerät eine Datenverarbeitungsanlage auf, die die Funktionsmodule softwaremäßig in Form von softwarebezogenen Funktionsmodulen und die Funk- tionsgruppen softwaremäßig in Form von softwarebezogenen
Funktionsgruppen bereitstellt. Eine solche softwarebezogene Lösung bietet den Vorteil, dass sehr schnell Geräteveränderungen möglich sind, ohne dass unter Umständen „hardwaresei- tig" Anpassungen nötig sind.
Bei Einsatz einer Datenverarbeitungsanlage wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Datenverarbeitungsanlage derart ausgestaltet ist, dass eine Zuordnung der Funktionsmodule zu einer Funktionsgruppe und eine Zuordnung der Funktionsgruppen zu den jeweiligen Messeingängen auf eine benutzerseitige Vorgabe softwaremäßig erfolgt .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
Figur 1 den Hardwareaufbau eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutzgerätes,
Figur 2 die softwaremäßige Konfiguration des Schutzgerä- tes gemäß Figur 1 für den Einsatz bei einer ersten, beispielhaft gezeigten, zu schützenden elektrotechnischen Anlage, Figur 3 die softwaremäßige Konfiguration des Schutzgerätes gemäß Figur 1 für den Einsatz bei einer zweiten, beispielhaft gezeigten, zu schützenden elektrotechnischen Anlage,
Figur 4 die softwaremäßige Konfiguration des Schutzgerätes gemäß Figur 1 für den Einsatz bei einer dritten, beispielhaft gezeigten, zu schützenden elektrotechnischen Anlage und
Figur 5 die softwaremäßige Konfiguration des Schutzgerätes gemäß Figur 1 für den Einsatz bei einer vierten elektrotechnischen Anlage .
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Schutzgerät 10 zum Schutz einer in der Figur 1 nicht weiter dargestellten elektrischen Energieversorgungsanläge gezeigt.
Das Schutzgerät 10 weist eine Datenverarbeitungsanlage 20 auf, die Funktionsmodule und Funktionsgruppen softwaremäßig bereitstellt. Wie die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen aussehen können, wird im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 beispielhaft weiter unten näher erläutert.
Das Schutzgerät 10 weist außerdem eine Vorverarbeitungseinrichtung 30 auf, die eingangsseitig Messeingänge M zum elektrischen Anschluss an die elektrotechnische Anlage bereitstellt. Die Vorverarbeitungseinrichtung 30 ist beispielsweise mit einer Mehrzahl an Vorverarbeitungseinheiten 40a-40d ausgestattet, die eingangsseitig anliegende Spannungs- und/oder Strommessgrόßen U und I in Strom- und/oder Spannungsmesswerte Mu und Mi vorverarbeiten und diese an die Datenverarbeitungsanlage 20 weiterleiten. Bei den vorverarbeiteten Strom- und/oder Spannungsmesswerten Mu und Mi kann es sich beispielsweise um Abtastwerte oder daraus abgeleitete Zeigermessgrößen und dergleichen handeln. In der Figur 1 sind beispielhaft vier Vorverarbeitungseinheiten gezeigt, die unterschiedliche Bauarten aufweisen:
Die Vorverarbeitungseinheit 40a gehört zu einer ersten Bauart mit Stromeingängen, die eine dreiphasige Eingabe von Strommessgrößen I ermöglichen. Wie diese Vorverarbeitungseinheit 40a von außen beschaltet wird, also dreiphasig oder nur ein- oder zweiphasig oder zusätzlich mit dem im Sekundärkreis gebildeten Erdstrom, bleibt dem Benutzer des Schutzgerätes 10 überlassen.
Die Vorverarbeitungseinheit 40b gehört zu einer zweiten Bauart mit Spannungseingängen, die eine dreiphasige Eingabe von Spannungsmessgrößen U ermöglichen. Die Beschaltung der Vor- Verarbeitungseinheit 40b von außen, also dreiphasig oder nur ein- oder zweiphasig oder mit VerlagerungsSpannung, bleibt ebenfalls dem Benutzer des Schutzgerätes 10 überlassen.
Die Vorverarbeitungseinheit 40c ist mit einem einzigen Strom- eingang zur einphasigen Eingabe einer Strommessgröße und die Vorverarbeitungseinheit 40d mit einem einzigen Spannungseingang zur einphasigen Eingabe einer Spannungsmessgröße ausgestattet.
Wie bereits erwähnt, stellt das Schutzgerät 10 Funktionsmodule und Funktionsgruppen softwarebezogen bereit, die benutzerseitig ausgewählt und konfiguriert werden können. Dies soll nachfolgend beispielhaft anhand verschiedener Konfigurationen für verschiedene elektrotechnische Anlagen gezeigt werden. Um dabei den Einsatz und Funktion der Funktionsmodule und Funktionsgruppen zu verdeutlichen, sind in den Figuren 2 bis 4 nur die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen sowie die jeweilige elektrotechnische Anlage gezeigt; die die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen bereitstellende Daten- Verarbeitungsanlage 20 sowie die Vorverarbeitungseinrichtung 30 mit den Vorverarbeitungseinheiten 40a-40d sind der Übersichtlichkeit nicht nochmals gezeigt, zumal sie zur „Hardwareebene" des Schutzgerätes 10 gehören, und nicht - wie die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen - zur „Softwareebene" .
In der Figur 2 sieht man eine elektrische Energieversorgungs- anläge 100 mit einem Schalter 110, einem Stromwandler 120 und einem Spannungswandler 130. Die Spannungs- und Strommessgrößen gelangen in Form von Strom- und Spannungsmesswerten Mu und Mi zu einer schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM, der beispielsweise drei schutzspezifische Funktionsmodule FMl, FM2 und FM3 zugeordnet sind.
Unter schutzspezifischen Funktionsmodulen werden in diesem Zusammenhang Funktionsmodule verstanden, die am Schutzgerät eingangsseitig anliegende Spannungs- und/oder Strommessgrößen bzw. daraus abgeleitete Messwerte auswerten und Signale, beispielsweise Ausschaltsignale, erzeugen, wenn Fehler erkannt werden.
Bei dem schutzspezifischen Funktionsmodul FMl kann es sich beispielsweise um einen „Überstromzeitschütz" gemäß Nummer 51 der Norm IEEE C37.2 handeln. Das schutzspezifische Funktions- modul FM2 kann beispielsweise einen „Überspannungsschutz" bereitstellen und das schutzspezifische Funktionsmodul FM3 einen „Leistungsrichtungsschutz" .
Da der schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM die Messeingänge des Schutzgerätes 10 mit den Strom- und Spannungsmess- werten Mu und Mi zugeordnet worden sind, sind automatisch auch die schutzspezifischen Funktionsmodule FMl, FM2 und FM3 mit diesen Strom- und Spannungsmesswerten Mu und Mi beaufschlagt, soweit sie diese für ihren Betrieb benötigen; es ist somit benutzerseitig nur erforderlich, die Funktionsmodule FMl, FM2 und FM3 der Funktionsgruppe FGM zuzuordnen, eine Zuordnung zu den Strom- und Spannungsmesswerten Mu und Mi bzw. den zugehörigen Messeingängen M des Schutzgerätes 10 (vgl. Figur 1) ist nicht erforderlich, weil die Zuordnung zu den Strom- und Spannungsmesswerten Mu und Mi bzw. den zugehörigen Messeingängen des Schutzgerätes über die Funktionsgruppe FGM erfolgt .
In der Figur 2 erkennt man außerdem eine schalterspezifische Funktionsgruppe FGS, der beispielsweise zwei schalterspezifische Funktionsmodule FSl und FS2 zugeordnet sind.
Unter schalterspezifischen Funktionsmodulen werden in diesem Zusammenhang Funktionsmodule verstanden, die bei Vorliegen von Fehlersignalen, insbesondere Ausschaltsignalen, vorgeordneter schutzspezifischer Funktionsmodule die dem jeweiligen schalterspezifischen Funktionsmodul zugeordneten Schalter gemäß der in dem Funktionsmodul festgelegten Weise abschalten und ggf. zu einem späteren Zeitpunkt wieder einschalten. Im Unterschied zu den schutzspezifischen Funktionsmodulen stehen die schalterspezifischen Funktionsmodule also mit den Schaltern der elektrotechnischen Anlage unmittelbar in Verbindung; die schutzspezifischen Funktionsmodule stehen mit den Schaltern nur mittelbar über die schalterspezifischen Funktionsmo- dule in Verbindung.
Bei dem schalterspezifischen Funktionsmodul FSl kann es sich beispielsweise um einen „Wiedereinschaltschutz" gemäß oder in Anlehnung an die IEEE C37.2 (Funktionsmodulnummer 79) han- dein. Ein solches Funktionsmodul hat die Aufgabe, nach einem Abschalten eines Leitungsabschnittes diesen wieder nach einem vorgegebenen Zeitraum einzuschalten, um zu prüfen, ob die Störung, die das Abschalten hervorgerufen hatte, zwischenzeitlich entfallen ist.
Bei dem schalterspezifischen Funktionsmodul FS2 kann es sich beispielsweise um das Funktionsmodul „Schalterversagerschutz" gemäß oder in Anlehnung an die Funktionsmodulnummer 50 der IEEE C37.2 handeln. Ein solches Funktionsmodul hat die Auf- gäbe, nach einem Abschaltbefehl an den Schalter 110 zu prüfen, ob der Schalter 110 wirklich geöffnet und der Strom tatsächlich abgeschaltet wurde; dies kann das Funktionsmodul FS2 beispielsweise durch Auswerten der Strommesswerte Mi feststellen.
Wie sich in der Figur 1 erkennen lässt, steht die schutzspe- zifische Funktionsgruppe FGM eingangsseitig nur mit den Messeingängen M des Schutzgerätes 10 in Verbindung, nicht hingegen mit Ausgängen anderer schutzspezifischer Funktionsgruppen.
Auch lässt sich in der Figur 1 erkennen, dass die schalterspezifische Funktionsgruppe FGS eingangsseitig nur mit den Messeingängen des Schutzgerätes 10 oder dem Ausgang A der schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM in Verbindung steht und nicht mit Ausgängen anderer schalterspezifischer Funk- tionsgruppen.
Zwar könnte die schutzspezifische Funktionsgruppe FGM eingangsseitig auch mit einem Ausgang der schalterspezifischen Funktionsgruppe FGS verbunden sein, jedoch ist dies für die Anlagentopologie der elektrischen Energieversorgungsanlage gemäß der Figur 2 nicht erforderlich.
Die Aufgabe der schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM bzw. der darin enthaltenen schutzspezifischen Funktionsmodule FMl, FM2 und FM3 besteht darin, die eingangsseitig anliegenden
Strom- und Spannungsmesswerte Mu und Mi auszuwerten und ein Steuersignal ST zum Abschalten des Schalters 110 zu erzeugen, wenn in den Funktionsmodulen definierte Auslösekriterien erfüllt sind. Die Funktionsgruppen FGM und FGS sind hierzu mit- einander über die Anschlüsse Op verbunden.
Die Aufgabe der schalterspezifischen Funktionsgruppe FGS bzw. der darin enthaltenen schalterspezifischen Funktionsmodule FsI und FS2 besteht darin, im Falle eines Abschaltbefehls durch das Steuersignal ST der vorgeordneten schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM den Schalter 110 über den Steuerausgang Trip mit dem Steuersignal ST2 zu öffnen. Außerdem haben die schalterspezifische Funktionsgruppe FGS bzw. die darin enthaltenen schalterspezifischen Funktionsmodule FSl und FS2 die Aufgabe zu prüfen, ob ein Ausschaltbefehl tatsächlich umgesetzt wurde (Funktionsmodul FS2 : „Schalterversagerschutz") , sowie die Aufgabe, den Schalter 110 nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne wieder einzuschalten (Funktionsmodul FSl: „Wiedereinschaltschutz") .
In der Figur 3 sieht man eine andere elektrische Energieversorgungsanlage 200 mit einem Schalter 210, einem Stromwandler 220, einem weiteren Schalter 230 und einem weiteren Stromwandler 240. Die Strommessgrößen gelangen in Form von Strommesswerten MiI und Mi2 zu einer schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM, der beispielsweise das schutzspezifische Funktionsmodul FM4 „Überstromzeitschutz" zugeordnet ist. Der schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM sind außerdem diejenigen Messeingänge des Schutzgerätes zugeordnet, die die Strommesswerte MiI und Mi2 liefern.
In der Figur 3 erkennt man außerdem zwei schalterspezifische Funktionsgruppen FGSl und FGS2, denen beispielsweise jeweils das schalterspezifische Funktionsmodul FS2 „Schalterversagerschutz" zugeordnet ist.
Wie sich in der Figur 3 darüber hinaus erkennen lässt, steht die schutzspezifische Funktionsgruppe FGM eingangsseitig nur mit den Messeingängen des Schutzgerätes in Verbindung, nicht hingegen mit Ausgängen anderer schutzspezifischer Funktionsgruppen.
Auch lässt sich in der Figur 3 erkennen, dass die schalterspezifischen Funktionsgruppen FGSl und FGS2 eingangsseitig nur mit den Messeingängen des Schutzgerätes und dem Ausgang A der schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM in Verbindung stehen und beispielsweise nicht mit Ausgängen anderer schalter- spezifischer Funktionsgruppen.
Die Aufgabe der schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM bzw. des darin enthaltenen schutzspezifischen Funktionsmoduls FS4 besteht beispielsweise darin, die eingangsseitig anliegenden Strommesswerte MiI und Mi2 auszuwerten und ein Steuersignal ST zum Abschalten der beiden Schalter 210 und 230 zu erzeugen, wenn in dem Funktionsmodul FS4 definierte Auslösekrite- rien erfüllt sind. Beispielsweise wird das Steuersignal ST erzeugt, wenn die Differenz zwischen den Strommesswerten MiI und Mi2 eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Die Aufgabe der schalterspezifischen Funktionsgruppen FSGl und FSG2 bzw. der darin enthaltenen schalterspezifischen
Funktionsmodule FS2 besteht darin, im Falle eines eingangsseitig anliegenden Abschaltbefehls durch das Steuersignal ST den jeweils zugeordneten Schalter 210 bzw. 230 zu öffnen. Außerdem haben die schalterspezifischen Funktionsgruppen FGSl und FGS2 die Aufgabe zu prüfen, ob ein Ausschaltbefehl tatsächlich umgesetzt wurde („Schalterversagerschutz") .
In der Figur 4 sieht man eine weitere elektrische Energieversorgungsanlage 300 mit einem Schalter 310 und zwei Stromwand- lern 320 und 330. Die Strommessgrößen gelangen in Form von
Strommesswerten MiI und Mi2 zu einer schutzspezifischen Funktionsgruppe FGMl und einer schutzspezifischen Funktionsgruppe FGM2 , die beispielsweise jeweils mit dem schutzspezifischen Funktionsmodul FMl „Überstromzeitschutz" ausgestattet sind. Die beiden schutzspezifischen Funktionsgruppen FGMl und FGM2 unterscheiden sich also nur darin, dass sie mit unterschiedlichen Strommesswerten MiI und Mi2 beaufschlagt sind.
In der Figur 4 erkennt man außerdem eine schalterspezifische Funktionsgruppe FGS, der beispielsweise das schalterspezifische Funktionsmodul FS2 „Schalterversagerschutz" zugeordnet ist.
Wie sich in der Figur 4 erkennen lässt, stehen die schutzspe- zifischen Funktionsgruppen FGMl und FGM2 eingangsseitig nur mit den Messeingängen des Schutzgerätes in Verbindung, nicht hingegen mit Ausgängen anderer schutzspezifischer Funktionsgruppen. Auch lässt sich in der Figur 4 erkennen, dass die schalterspezifische Funktionsgruppe FGS eingangsseitig nur mit dem Ausgang A der schutzspezifischen Funktionsgruppen FGMl und FGM2 in Verbindung steht und beispielsweise nicht mit Ausgängen anderer schalterspezifischer Funktionsgruppen.
Die Aufgabe der beiden schutzspezifischen Funktionsgruppen FMGl und FMG2 bzw. die Aufgabe der beiden schutzspezifischen Funktionsmodule FMl kann beispielsweise darin bestehen, die eingangsseitig anliegenden Strommesswerte MiI und Mi2 auszu- werten und das Steuersignal ST zum Abschalten des Schalters 310 zu erzeugen, wenn in dem Funktionsmodul FMl definierte Auslösekriterien erfüllt sind. Beispielsweise wird das Steuersignal ST erzeugt, wenn die Strommesswerte MiI bzw. Mi2 eine vorgegebene Schwelle überschreiten.
Die Aufgabe der schalterspezifischen Funktionsgruppe FSG bzw. des darin enthaltenen schalterspezifischen Funktionsmoduls FS2 besteht darin, im Falle eines Abschaltbefehls durch das Steuersignal ST den zugeordneten Schalter 310 mit dem Steuer- signal ST2 zu öffnen. Außerdem hat die schalterspezifische Funktionsgruppe FSG die Aufgabe zu prüfen, ob ein Ausschaltbefehl tatsächlich umgesetzt wurde („Schalterversagerschutz") .
In der Figur 5 sieht man ein Ausführungsbeispiel für ein
Schutzgerät 10, bei dem zwei schutzspezifische Funktionsgruppen FGMl und FGM2 ausgewählt sind. Die eine schutzspezifische Funktionsgruppe FGMl bezieht sich beispielsweise auf die Primärwicklungsseite eines nicht weiter dargestellten Transfor- mators, und die andere schutzspezifische Funktionsgruppe FGM2 bezieht sich beispielsweise auf die Sekundärwicklungsseite des Transformators .
Die beiden schutzspezifischen Funktionsgruppen FGMl und FGM2 sind beispielsweise jeweils mit den schutzspezifischen Funktionsmodulen „Überstromschutz" FS4 und „Thermischer Überlastschutz" FS5 ausgestattet. Ausgangsseitig stehen die beiden schutzspezifischen Funktionsgruppen FGMl und FGM2 über die Anschlüsse „Trip" mit zwei schalterspezifischen Funktionsgruppen FGSl und FGS2 sowie über die Abschlüsse „Winding" mit einer Weiterverarbei- tungs-Funktionsgruppe FGV in Verbindung.
Den beiden schalterspezifischen Funktionsgruppen FGSl und FGS2 ist beispielsweise jeweils das schalterspezifische Funktionsmodul „Schalterversagerschutz" FS2 zugeordnet.
Die Weiterverarbeitungs-Funktionsgruppe FGV ist mit dem wei- terverarbeitungs- oder schutzspezifischen Funktionsmodul FVl ausgestattet, bei dem es sich beispielsweise um ein Differen- tialschutzmodul speziell für Transformatoren handeln kann. Ausgangsseitig steht die Weiterverarbeitungs-Funktionsgruppe FGV mit den beiden schalterspezifischen Funktionsgruppen FGSl und FGS2 in Verbindung.
Die Aufgabe des weiterverarbeitungsspezifischen Funktionsmo- dul FVl besteht darin, Messwerte wie beispielsweise Zeigermessgrößen und Zusatzinformationen, die von den vorgeordneten schutzspezifischen Funktionsgruppen FGMl und FGM2 geliefert werden, auszuwerten und im Falle eines Fehlers die schalterspezifischen Funktionsgruppen FGSl und FGS2 auszulösen. Bei den Zusatzinformationen kann es sich beispielsweise um Parameter handeln, die benutzerseitig vor- bzw. eingegeben werden, beispielsweise eine Schaltergruppenkennziffer, die Nennspannung und/oder eine Nennscheinleistung des Transformators.

Claims

Patentansprüche
1. Schutzgerät (10) zum Schutz einer elektrotechnischen Anlage (100, 200, 300) , insbesondere zum Schutz einer elektri- sehen Energieversorgungsanlage, wobei das Schutzgerät eine Mehrzahl an Messeingängen (M) und eine Mehrzahl an Funktionsmodulen (FM1-FM4, FS1-FS2) aufweist, die sich durch eine be- nutzerseitige Einstellung des Schutzgerätes mit den Messeingängen derart verbinden lassen, dass die Funktionsmodule be- nutzerseitig definierte Schutzfunktionen ausführen und entsprechende Steuersignale (ST, ST2) zum Ein- oder Ausschalten zugeordneter Schalter (110, 210, 230, 310) der elektrotechnischen Anlage ausgeben können, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Schutzgerät Funktionsgruppen (FGM, FGMl, FGM2 , FGS, FGSl, FGS2) zur Verfügung stellt, denen im Rahmen der Geräteeinstellung jeweils ein oder mehrere Funktionsmodule (FM1-FM4, FS1-FS2) zugeordnet werden können, wobei die Funktionsmodule und die Funktionsgruppen derart ausgestaltet sind, dass eine Zuordnung zwischen den Funktionsmodulen und den Messeingängen mittelbar erfolgt, und zwar durch ein Zuordnen der Funktionsmodule zu einer Funktionsgruppe und ein Zuordnen der Funktionsgruppe zu den jeweiligen Messeingängen.
2. Schutzgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeingänge durch Eingänge von Vorverarbeitungseinheiten (40a-40d) gebildet sind, die eingangsseitig anliegende Span- nungs- und/oder Strommessgrδßen (U, I) in Strom- und/oder Spannungsmesswerte (Mu, Mi) vorverarbeiten und ausgangsseitig die Strom- und/oder Spannungsmesswerte an die zugeordneten Funktionsgruppen abgegeben.
3. Schutzgerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vorverarbeitungseinheiten zumindest vier verschiedene Bauarten aufweisen, nämlich eine Bauart (40a) mit Stromeingängen, die eine dreiphasige Eingabe von Strommessgrößen er- möglichen, eine Bauart (40b) mit Spannungseingängen, die eine dreiphasige Eingabe von Spannungsmessgrößen ermöglichen, eine Bauart (40c) mit einem Stromeingang zur einphasigen Eingabe einer Strommessgröße und eine Bauart (4Od) mit einem Span- nungseingang zur einphasigen Eingabe einer Spannungsmess- grδße .
4. Schutzgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Schutzgerät eine Datenverarbeitungsanlage (20) aufweist, die die Funktionsmodule softwaremäßig in Form von softwarebezogenen Funktionsmodulen und die Funktionsgruppen Software- mäßig in Form von softwarebezogenen Funktionsgruppen bereitstellt.
5. Schutzgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Datenverarbeitungsanlage derart ausgestaltet ist, dass eine Zuordnung der Funktionsmodule zu einer Funktionsgruppe und eine Zuordnung der Funktionsgruppen zu den jeweiligen
Messeingängen auf eine benutzerseitige Vorgabe softwaremäßig erfolgt .
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